有关自动导引车（AGV）的五个关键问题，你都能答对吗？

AGV是自动导引车的缩写，是一种自动化和计算机控制的运输机器人，常见类型包括自动导向叉车和自动导向拣选机器人，通常用于制造和仓储，但也可用于检验、运输、军事和勘探应用，是提高流程效率和提高业务盈利能力的一种安全可靠的方式。

图源：jcomp/freepik.com

自动导引车

AGV是自动导引车的缩写，是一种自动化和计算机控制的运输机器人，常见类型包括自动导向叉车和自动导向拣选机器人，通常用于制造和仓储，但也可用于检验、运输、军事和勘探应用，是提高流程效率和提高业务盈利能力的一种安全可靠的方式。

AGV和AMR是什么关系？

在工业界，除了AGV，AMR也是出镜率很高的一种机器人。AGV和AMR这两种机器人有着许多相似之处，在介绍AGV的内容里AMR常常会相伴左右，有时两者还会被混在一起讨论。因此，在介绍AGV之前，我们先看看它们之间到底是什么关系。

AGV可以说是一种无人导引车（UGV），它常常沿着一组预定的路径在整个设施中移动。AGV不是移动机器人的一个子类，它应该是移动机器人的前身，自20世纪50年代问世直至今日，在现代制造或仓库环境中仍有多种用途。自主移动机器人（AMR）属于无人值守地面车辆，它比AGV具有更多的功能。比如，AMR能够自由移动和实时路径规划，使其能够与人类合作执行材料处理任务。相比基本都是轮式车辆的AGV，AMR拥有多种运动配置，除了轮式车辆，还包括履带车辆、两足机器人、四足机器人和多足机器人等。

两者区别

要想理解AGV和AMR之间的主要区别，下面这个比喻可能比较形象：AGV就像一列火车，只能在其轨道上运行。而AMR就好比一辆出租车，它能够在任何两点之间自由移动，并在交通过于拥挤时重新规划路线。具体来讲，AGV在静态环境中工作时，需要借助磁条或导引线，其运动路径是高度结构化的。如果路径中有任何障碍物，必须将其立即移除，AGV才能继续工作。当环境设施发生变化时，如翻新、升级或位置变化，则需要重新部署磁条或导引线等制导技术。与AGV相反，AMR可在具有自主导航的动态环境中工作，它创建并保存设施的位置或地图，以便在定义的路线中存在障碍物时找到替代路径。此外，即便发生与设施相关的更改，如果AMR已经与设施映射，它仍可以在一小时内开箱并投入使用，部署极其灵活。

那么，是否意味着“墨守成规”的AGV会被“智能灵活”的AMR完全取代呢？

目前来看这种情况还没有出现，主要是因为AGV和AMR均有各自的定位和应用场景。从负载角度看，AGV更适合较大的负载应用，尤其是需要处理超过500Kg的大型货物或托盘。另外，AGV往往具有更强大的托举能力，当用户需要将托盘装载到货架上时，AGV肯定是不二之选。

由于AMR可以根据检测到的环境变化实时做出反应并调整自己的活动和动作，因此这类机器人是动态工作环境下的理想选择，比如机场、医院等。但是，如果你的操作是固定的，比如将材料从固定的存储点转移到固定的生产线，或将成品转移到暂存区等等，AGV完全能够胜任这些工作，相比AMR较高的前期投入，AGV的成本更低一些。

AGV市场有多大？

移动机器人（包括AGV和AMR）能够优化物流和制造业中的仓储设施空间，由于人工智能（AI）、机器视觉、自动分拣和放置操作能力以及机器人机械的进步，我们正在见证AMR和AGV在物流和制造之外的更多新应用，市场范围不断扩大。

根据LogisticsIQ的全新市场研究，到2026年，AGV和AMR两种机器人市场合计将达到132亿美元，增长率约为35%，预计二者将共同突破150万的安装基数，使移动机器人成为我们日常运营活动的新常态。

来自Statzon的分析数据表明，2021年全球AGV市场的价值约为40.177亿美元，预计到2030年将达到86.611亿美元，2022年至2030年的复合年增长率为8.93%。按行业划分，半导体和电子行业是对AGV市场贡献巨大，2021年达到9.198亿美元，预计到2030年将增至16.533亿美元，复合年增长率为6.73%。在2021年，这两个行业约占整个AGV市场38.6%的份额，前者约占22.9%的份额。在预测期内，铁路和食品饮料部门预计将分别以11.21%和10.57%的复合年增长率实现显著增长。目前，这两个细分市场在全球自动导引车整体市场中的份额约为11.7%，预计到2030年将达到13.8%。

AGV是如何工作的？

一般来说，AGV机器人由五个基本组件构成，即：导航系统、安全系统、动力系统、运动系统和车辆控制器。

导航系统：作为AGV机器人的一部分，导航系统负责接收和处理信息，使得AGV按照预设的路线或方向行驶。实际应用中有多种导航类型，包括激光导航、有线导航和磁性导航等。

安全系统：每个AGV机器人都有与其功能相适应的安全组件，确保所有移动和操作都在安全条件下进行。这个概念很容易理解，那就是机器人在撞到什么东西或人之前必须能够停下来。其中的主要部件是安全激光扫描仪和安全可编程逻辑控制器（PLC）。

动力系统：AGV机器人配备了一个电池，为车辆运动和附件功能提供所需的能量。主要元件是电池和充电解决方案。

运动系统：AGV机器人的运动系统集成了多个组件，使车辆能够移动和执行任务。从电机和轮子到桅杆和用来提升负载的液压系统的所有组件都属于运动系统。

车辆控制器：车辆控制器是AGV的大脑，它收集并协调从其他系统接收到的所有信息，如导航、安全、运动等。

AGV采用了哪些关键的导航技术？

AGV主要通过电磁、光学或其他自动导引装置实现自主规划路线和自动驾驶的过程，安全性很高。AGV有多种类型，包括LGV（激光导引车）、移动机器人、SGV（自动导引车）和无人驾驶车等，这些分类主要由其导航环境的传感机制来定义。市场上常见的AGV导航方法包括：电磁导航、磁条导航、二维码导航、激光导航、视觉导航等。那么，这些导航技术各自又有哪些优缺点呢？

1►基于电磁场的AGV导航

电磁导航是一种传统的导航方法，是AGV非常受欢迎的方法，所需硬件简单，易于部署，是一种具有成本效益的选择。具体导引方法是，通过在AGV的驱动路径上埋设金属导线，并加载低频和低电压电流，在导线周围产生磁场，而AGV上的感应线圈可以识别和跟踪导航磁场的强度，从而实现导航。电磁导航的优点是导丝隐蔽，不易被污染和损坏，简单可靠，易于控制，对声光无干扰，投资成本低。缺点是改变或扩展路径很麻烦，导丝的铺设也比较困难。AGV上配备的磁性传感器可用来检测磁带的磁性区域，并按照路线驱动AGV。

Honewell 03SR系列霍尔效应位置传感器

霍尼韦尔（Honewell）公司的103SR系列霍尔效应位置传感器将组件密封在铝或不锈钢螺纹外壳中，坚固耐用。产品包括数字单极、锁存和线性磁性类型，可提供多种灵敏度，以满足各种应用的要求。其中，103SR系列霍尔效应位置传感器的数字版本在-40°C至100°C的温度范围内提供稳定的输出，具有20mA的电流吸收能力，可以接受4.5Vdc至24Vdc的直流电源电压。线性版本的工作温度为-40°C至125°C，供电电压范围为4.5Vdc至10.5Vdc。这两种产品很容易与通用电子电路接口，如微处理器、集成逻辑、离散晶体管等。

图1：103SR系列霍尔效应位置传感器

（图源：Mouser）

与电磁导航相类似的是基于磁条的AGV导航技术。不同之处在于，后者的磁条是铺在地面上而不是埋在地下。基于磁条的AGV导航的优点是AGV定位准确，路径的铺设、改变或扩展比电磁导航更容易，并且磁条的成本更低。缺点是磁条很容易损坏，需要定期维护。路径更改后需要重新铺设磁条。另外，AGV只能沿着磁条行走，无法通过控制系统实现智能规避或实时改变任务。

类似于磁条导航原理的还有磁性标记导航和色带导航。磁性标记导航是在地面上放置磁性标记，具有隐蔽性好、抗干扰能力强、耐磨、耐酸碱等优点。缺点是容易受到铁磁性物质的影响，改变路径的施工量大，容易对地面造成损坏，通常只在码头上使用。色带导航是将色带或油漆粘贴在地面上，通过车载光学传感器采集的图像信号识别来实现导航。由于色带容易被污染和损坏，因此对环境的要求更高。同时，其较低的定位精度有时也会限制其应用。

2►基于激光雷达的AGV导航

激光导航是目前比较流行的一种AGV导引方式，这种导引方式的原理是在AGV车上安装可以发射及接收激光的扫描器，在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航，最后达到控制运行路线，完成一系列自动化操作。激光导航技术的优点是定位与导向精度较高，并且可以任意规划路径，结构方便且适应性强。缺点是制造成本高，对环境的要求相对较高，包括外部光线、地面条件、能见度等。

目前，基于激光雷达的AGV导航主要分为两条技术路线，一个是带反射器，另一个是不带反射器（即激光SLAM）。在基于带反射器的激光的AGV导航中，激光雷达可以获得更精确的信息，实现更精确的AGV定位和导航。基于无反射器激光的AGV导航精度相对较弱，但也可以通过算法提高激光雷达定位和导航的精度。用于AGV导航的激光雷达分为2D导航激光雷达（LiDAR）和3D导航激光雷达。2D LiDAR只能实时导航，因缺乏高度信息故无法成像。3D LiDAR可以进行三维动态实时成像，并可以恢复物体的形状和大小，恢复空间中的三维信息。

LightWare 激光雷达LW20传感器

LightWare激光雷达LW20传感器体积小巧，易于集成，测距范围覆盖100米，坚固的IP67防护等级确保其防尘防水。LW20提供4.5V至5.5V的电源电压范围、100mA的电源电流和1cm的分辨率，能够容忍背景照明条件、风和噪音的变化。该传感器具有对最近和最远探测表面的测量、可调节的测量更新率、内部状态监测、可选择的滤波器以调整对移动目标的动态响应，以及用于扫描应用的伺服驱动器等功能。

图2：激光雷达传感器LW20

（图源：LightWare）

3► 基于视觉传感器的AGV导航

视觉导航是通过AGV车载视觉传感器获取操作区域周围的图像信息来实现导航的一种方法。在硬件上，需要一个俯视摄像头（比如ToF相机）、补光灯和引擎盖来支持这种导航方法的实现。在该方法中，摄像头在AGV运动过程中捕捉到地面纹理，自动构建地图，然后将操作过程中获得的地面纹理信息进行配准，并与自建地图中的纹理图像进行比较，以估计AGV的当前姿态，实现AGV的定位。基于视觉传感器的AGV导航的优点是硬件成本低，定位准确。缺点是对使用环境（地面、光线等）要求很高，运行场地需要有纹理信息。当作业场地面积较大时，导航测绘的时间比基于激光的AGV导航要长。因此，基于视觉的AGV导航技术还在不断的完善中。

ADI ToF模块使机器人

ADI ToF模块使机器人能够拾取和放置桌子上的物体，在障碍物中导航，并将物体放置在另一个位置。ADSD3100是其中的一款基于CMOS 3D飞行时间（ToF）的3D深度和2D视觉光成像器，可集成到3D传感器系统中。包括模数转换器（ADC）、像素偏置电路和传感器控制逻辑，均被内置在芯片中，集成度和性价比较高。ADSD3100还能通过移动工业处理器接口（MIPI）、相机串行接口2（CSI-2）接口与主机系统电连接。当然，成像还需要一个透镜加上光学带通滤波器，红外光源加上相关的驱动器才能完成工作子系统的建立。

图3：ADSD3100 ToF模块

（图源：ADI）

Basler Blaze ToF 3D相机

Basler公司的Blaze ToF 3D相机可在一次拍摄中提供2D和3D图像，为包括物流、工厂自动化和生物识别在内的各种应用提供有吸引力的解决方案。Blaze ToF 3D相机可用于高对比度场景的精确3D成像，分辨率640x480，帧速率30fps，工作范围0到10米，测量的精度达到毫米级。由于其紧凑的设计以及具有千兆以太网接口，因此很容易集成到一个系统中。

图4：Blaze ToF 3D相机

（图源：Mouser）

4► 基于二维码的AGV导航

基于二维码的导航其原理是通过相机扫描放置在地面上的二维码，分析码信息后获得当前的位置信息。二维码导航通常与惯性导航相结合，以实现精确定位。惯性导航是利用移动机器人传感器（光电编码器、陀螺仪）获取机器人的位置和姿态，通常用作辅助定位。基于二维码的AGV导航的优点是定位准确，小巧灵活，易于铺设和更改路径，便于管理和控制信息通信，不受声光干扰。缺点是路径需要定期维护，频繁地更换二维码，并且对陀螺仪的精度和使用寿命有着严格要求，对场地的平整度也有一定的要求，价格水平相对较高。

ADI公司的S16470板设计用于包括工业机器人、智能农业和自动驾驶汽车等各种应用，是一款6自由度IMU，配有3轴陀螺仪和3轴加速度计，可直接插入RoboRIO上的SPI端口，方便易用。

AGV机器人有哪些应用？

AGV机器人负责执行物流操作，如在设施的不同存储区之间分配库存、在收发货区装卸货物以及其他任务。由于AGV机器人可以运输重物，它们也被用于生产中心，将不同尺寸的零件运送到装配线上。以下是它们常见的几大应用场景。

卡车装卸：AGV机器人可以执行叉车或其他类型的传统装卸设备的功能。例如，这些机器人可以自动将货物卸下或装载到卡车上。

产品存储和检索：AGV机器人可以将物品放置在相应的存储位置，并将货物运送到订单履行区。这些库存移动有助于为产品和操作员灵活、安全和自动地补充货架和分拣站。

与生产中心的连接：AGV机器人可以配置为运输大型、重型和笨重的货物。这使得AGV移动机器人成为生产中心附近仓库的首选。自动导向车辆将货物运输到装配线，尤其是在汽车和航空业等行业。

配件配送：AGV机器人不仅仅是搬运重物；他们还将库存分配到设有装备站的设施中。按照预定的路线，这些自动驾驶汽车简化了向不同套件装配站的货物补给，以所需的确切数量运送库存。

AGV机器人是20世纪中期出现的自动导引搬运设备，用于加快仓库和生产中心的货物运输。这些自动导引车辆移动时，无需操作员驾驶，AGV机器人可以被设计成执行广泛的功能，包括远程处理、包装和分拣、扫描、测量和监控、信号和检测、机器视觉和运输等。除了能够执行多项任务外，AGV还配备了优秀的安全技术，这意味着几乎不存在碰撞或安全隐患。近年来，具有人工智能的AGV机器人得到了发展，它们被称为自动驾驶智能车辆(AIV)。这些全新的AGV非常适合需要高流量货物且没有固定路线的仓库。

现在，AGV在世界各地的使用率越来越高，是用于仓储自动化的有效工具之一。基本上，我们可以在任何商业或工业场所都能看到移动机器人的身影，从制造业到食品饮料、半导体制造和汽车行业，移动机器人的应用将大放异彩。